JPH01255672A - マイクロ波プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、基体上に堆積膜、とりｐけ機能性膜、特に半
導体デイバイス、画像入力用ラインセンサー、撮像デイ
バイス、光起電力素子等に用いるアモルファス半導体等
の機能性堆積膜を形成する装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来、半導体デイバイス、電子写真用感光体デイバイス
、画像入力用ラインセンサー、ｆｉｔｆｆｌデイバイス
、光起電力素子、その他各種のエレクトロニクス素子、
光学素子等に用いる素子部材として、アモルファスシリ
コン、例えば水素又は／及びハロゲン（例えばフッ素、
塩素等）で補償されたアモルファスシリコン（以下、ｒ
Ａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）Ｊと記す。）等のアモルファス半導
体等の堆積膜が提案され、その中のいくつかは実用に付
されている。

そして、こうした堆積膜は、プラズマＣＶＤ法、即ち、
原料ガスを直流又は高周波、マイクロ波、グロー放電に
よって分解し、ガラス、石英、ステンレス、アルミニウ
ムなどの基体上に薄膜状の堆積膜を形成する方法により
形成されることが知られており、そのための装置も各種
提案されている。

ところで近年、マイクロ波を使用するプラズマＣＶＤ法
（以下、ｒＭＷ−ＰＣＶＤ法」と表記する。）が注目さ
れ、そのための装置がいくつか提案されて、ＭＷ−ＰＣ
ＶＤ法による前述した堆積膜の工業的規模での生産がは
かられて来ている。

そうした従来提案されているＭＷ−ＰＣＶＤ法による装
置は、代表的には第４図の透視略図で示される装置構成
のものである。

第４図において、２０１は真空容器、２０２はアルミナ
・セラミックス又は石英等の誘電体窓、２０３は主とし
て金属性の矩形導波管からなるマイクロ波を伝送する導
波部、２０４はマイクロ波、２０５は排気管、２０６は
原料ガス供給管、２０７は円筒状基体、２０８は基体加
熱ヒーターを示す。

なお、真空容器２０１は放電トリガー等を用いることな
く自動放電にて放電を開始せしめるため、該マイクロ波
電源（図示せす゛）の発振周波数に共振するような空洞
共振器構造とするのが一般的である。

そしてこうした装置による堆積膜の形成は次のようにし
て行われる。即ち、真空容器２０１内部を、排気管２０
５を介して真空排気すると共に、円筒状基体２０７を一
定速度で回転させ、かつ、基体加熱ヒーター２０８によ
り所定温度に加熱、保持する６次に、原料ガス供給管２
０６を介して、例えばアモルファスシリコン堆積膜を形
成する場合であれば、シランガス、水素ガス等の原料ガ
スが該原料ガス供給管に開口せられた複数のガス放出孔
２０６°、２０６°、・・・を通して真空容器２０１内
に放出される。これと同時併行的に、マイクロ波電源（
図示せず）から周波数５００ＭＨｚ以上の、好ましくは
２．４５ＧＨｚのマイクロ波２０４を発生し、該マイク
ロ波は、整合器アイソレーク−を介して（図示せず）、
導波部２０３を通り誘電体窓２０２を介して真空容器２
０１内に導入される。かくして、真空容器２０１内の導
入原料ガスは、マイクロ波のエネルギーにより励起され
て解離し、中性ラジカル粒子、イオン粒子、電子等が生
成され、それ等が相互に反応し円筒状基体２０７０表面
に堆積膜が形成される。

ところで、本発明者は、上述Φごとき従来のＭＷ−ＰＣ
ＶＤ法による機能性堆積膜形成装置における量産化を可
能にするため、真空容器内に複数本の円筒状基体を配置
しうるようにすればよいことを見い出した。第５．６図
はこうした量産化を可能とする装置の典型的−例を示す
ものであり、第５図は透視略図、第６図は断面略図であ
る。

第５．６図において、２０１は真空容器、２０２はアル
ミナ・セラミックス又は石英等の誘電体窓、２０３はマ
イクロ波を伝送する導波部、２０９はマイクロ波電源、
２０４は該マイクロ波電源２０９からのマイクロ波であ
る。２０５は一端が真空容器２０１内に開口し、他端が
排気パルプ２１０を介して排気装置２１１に連通してい
る排気管、２０６は、パルプ２１２を介して原料ガス供
給源（図示せず）に連通している原料ガス供給管、２０
７は同心円上に配置された円筒状基体、２０８は基体加
熱ヒーター、２１３は誘電体窓２０３をｉｌｌ！遇した
マイクロ波によって真空容器内に生起したプラズマ発生
領域である。プラズマ領域２１３は、誘電体窓２０２お
よび基体２０７．２０７゜・・・・・・に囲まれたマイ
クロ波空洞共振器構造となっており、導入されたマイク
ロ波のエネルギーを効率良く吸収する。

上述の装置による堆積膜の形成は、第３図に図示の装置
による場合と同様にして行われる。

しかし、上述の装置を用いて堆積膜を形成する場合、特
に電子写真用感光体のごとき長大な基体上に堆積膜を形
成する場合、プラズマ発生領域が大容積化するため、時
として良好な堆積膜が得られない場合がある。すなわち
、基体の長手方向に関し、プラズマの均一化を得る条件
範囲が狭く、堆積膜の不均一化を発生しやすく、また、
基体端部で特に画像欠陥の発生が生じやすいなどの問題
も残されているのが現状である。

このように、上述の堆積ｎり形成装置においては、特に
、大面積の円筒状基体上に堆積膜を形成する際に、膜質
および膜厚が均一で、特性のすぐれた堆積膜を形成しう
るちのであることが重大な課題の１つとされている。

〔発明の目的〕

本発明は、上述のごとき従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による
堆積膜形成装置における上述の諸問題を克服して、半導
体デイバイス、電子写真用感光体デイバイス、画像人力
用ラインセンサー、撮像デイバイス、光起電力素子、そ
の他の各種エレクトロニクス素子、光学素子等に用いる
素子部材としての機能性堆積膜を、ＭＷ−ＰＣＶＤ法に
より定常的に高効率で形成することを可能にする装置を
提供することを目的とするものである。

即ち、本発明の目的は、ＭＷ−ＰＣ’ＶＤ法による機能
性堆積膜形成装置において、基体上に形成される堆積膜
の均一化を可能にし、画像特性を向上させて、良質な堆
積膜を定常的に量産しうる装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明者は、従来のＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成
装置における上述の問題点を解決し、前記本発明の目的
を達成すべく本発明者が鋭意研究を続けたところ、従来
のＭＷ−Ｐ　ＣＶ　Ｄ法による堆積膜形成装置における
諸問題点は、装置内において基体と誘電体窓の配置構成
及び補助基体の表面粗さを規定することにより解決しう
る知見を得た。

本発明は、該知見に基づいて完成せしめたものであり、
本発明のＭＷ−ＰＣＶＤ法による機能性堆積膜形成装置
は、密封された真空容器と、前記真空容器内に原料ガス
を導入する手段と、前記真空容器を排気する手段と、前
記真空容器内に機能性堆積膜形成用の円筒基体及び補助
基体を保持する手段と、前記真空容器の上下壁の平行平
面内にマイクロ波を導入するための誘電体窓を設けたマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置であって、前記円筒基体及
び補助基体が放電空間を取り囲むように配置され、かつ
第３図に示す前記マイクロ波導入誘電体窓の平面と前記
円筒状基体の端面との距離ｄが８１１以上になるように
構成され、さらに前記放電空間内における補助基体の表
面粗さＲｍａｘが６０Ｏ３以下であることを特徴とする
ものである。

本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置において、誘電
体窓の平面と基体の端面との距離をＱ　ａｍにするとガ
スの利用効率が最も良いが、誘電体窓平面近傍の放電空
間ではプラズマが不安定でスパーク放電が発生し易いた
め、誘電体窓平面と円筒基体の端面との距離を８ｍｌよ
り近くなるように配置すると、基体端部の光導電特性及
び画像特性が低下する。また円筒基体に接する補助基体
の表面粗さが６００５を越える場合誘電体窓平面近傍で
のスパーク放電の発生が増大するため、誘電体窓平面と
円筒状基体の端面との距離が８１ｍ以上になるように配
置しても、基体端部の光導電特性及び画像特性が低下す
る。

以上述べたように本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置において、マイクロ波導入誘電体窓の平面と円筒基体
端面との距離ｄをｄ≧８璽謹となるように配置し、さら
に放電空間内における補助基体の表面粗さＲｍａｘをＲ
ｍａｘ≦６０Ｏ３とする相乗効果により、電子写真用感
光体のごとき長大な基体上に形成される堆積膜の膜質及
び膜厚を均一化し、特に基体端部の導電特性および画像
特性の向上に著しい効果が得られた。

以下、本発明によるＭＷ−ＰＣＶＤ法による堆積膜形成
装置を図面の実施例により詳しく説明するが、本発明の
堆積膜形成装置はこれによって限定されるものではない
。

第１図は、本発明の堆積膜形成装置の断面図である。真
空反応路１０１内に円筒基体１０７がマイクロ波導入窓
１０２に対して同心円状に配置されており、このマイク
ロ波導入窓１０２は上下に移動することで、マイクロ波
導入窓の平面と円筒基体１０７の端面との距離を調整す
ることが可能である。該真空反応路１０１には反応性ガ
ス供給管１０６に設けられたガス放出手段（例ノズル）
１０６°を介してガス供給が成され、排気バルブ（図示
せず）を有する排気管１０５を通じ真空ポンプ（図示せ
ず）により排気される。プラズマ空間１１３内にプラズ
マを発生させるエネルギー源としでは、マイクロ波発生
装置（図示せず）にて発生させたマイクロ波をアイソレ
ーター（図示せず）、整合器（図示せず）、導波管１０
３を通じ真空気密されたマイクロ波導入窓１０２を介し
て、真空反応炉内に投入される。マイクロ波導入窓材料
としては真空気密性及びマイクロ波透過性能上よりアル
ミナセラミックス円板を使用した。

第２図は、本発明の堆積膜形成装置の真空反応炉の平面
図である。真空反応炉１０１内において円筒基体１０７
はプラズマ発生領域１１３を中心とし同心円状に配置さ
れており、上下のマイクロ波導入窓１０２も同心円状の
中心位置にある。マイクロ波導入窓１０２は第１図にて
説明した通り、上下に移動する事が可能である。

第３図は、本発明の装置におけるマイクロ波導入窓１０
２の平面と円筒基体１０２の端面との距ｉｄの関係を示
した図である。

本発明の装置により堆積膜を形成するについて使用され
る原料ガスは、高周波またはマイクロ波のエネルギーに
より励起種化し、化学的相互作用して基体表面上に所期
の堆積膜を形成する類のものであれば何れのものであっ
ても採用することができるが、例えば、Ａ−３ｉ（Ｈ，
Ｘ）膜を形成する場合であれば、具体的には、ケイ素に
水素、ハロゲン、あるいは炭化水素等が結合したシラン
類及びハロゲン化シラン類等のガス状態のもの、または
容易にガス化しうるちのをガス化したものを用いること
ができる。これらの原料ガスは１種を使用してもよく、
あるいは２種以上を併用してもよい、また、これ等の原
料ガスは、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスにより稀釈して用
いることもある。

さらに、Ａ−３ｉ（Ｈ，Ｘ）膜はｐ型不純物元素又はｎ
型不純物元素をドーピングすることが可能であり、これ
等の不純物元素を構成成分として含有する原料ガスを、
単独で、あるいは前述の原料ガスまたは／および稀釈用
ガスと混合して反応室内に導入することができる。

又基体については、導電性のものであっても、半導電性
のものであっても、あるいは電気絶縁性のものであって
もよく、具体的には金属、セラミックス、ガラス等が挙
げられる。そして成膜操作時の基体温度は、特に制限さ
れないが、３０〜４５０℃の範囲とするのが一般的であ
り、好ましくは５０〜３５０℃である。

また、堆積膜を形成するにあたっては、原料ガスを導入
する前に反応室内の圧力を５Ｘ１０−’Ｔ　ｏｒｒ以下
、好まじくはＩ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−＆Ｔｏｒｒ以下とし、原
料ガスを導入した時には反応室内の圧力をＩ　Ｘ　１０
−”−Ｉ　Ｔｏｒｒ　、好ましくは５×１Ｏ−ｆｆｉ〜
ＩＴｏｒｒ　とするのが望ましい。

なお、本発明の装置による堆積膜形成は、通常は、前述
したように原料ガスを事前処理（励起種化）することな
く反応室に導入し、そこでマイクロ波のエネルギーによ
り励起種化し、化学的相互作用を生起せしめることによ
り行われるが、２種以上の原料ガスを使用する場合、そ
の中の１種を事前に励起種化し、次いで反応室に導入す
るようにすることも可能である。

以下、第１．２図に示す本発明の装置を用いた機能性堆
積膜の形成について、実施例を用いて具体的に説明する
が、本発明はこれらによって限定されるものではない。

尖施舅土 本実施例においては上下の誘電体窓の平面と円筒状基体
の端面との距離を変化させて電子写真用感光体ドラムを
作成し、特性を比較した。なお実施例における電子写真
用感光体の作成は下記のようにして行った。

即ち、真空反応炉１０１内部を排気管１０５を通じ真空
ポンプ（図示せず）にて、真空排気する。

次に、円筒状基体１０７．１０７・・・・・・を回転機
構１１５にて一定速度で回転せしめ、がっ、基体に内蔵
された加熱用ヒーター１０８により所定温度に加熱、保
持する。

次に、原料ガス供給手段（図示せず）を介して、シラン
ガス（ＳｉＨａ）、水素ガス（Ｈｚ　）　、ジボランガ
ス（ＢｔＨｈ）等の原料ガスを真空反応炉１０１内に、
Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下の真空度を維持しながら
供給する。

次に、マイクロ波発生装置（図示せず）より発生させた
２、４５ＧＨｚのマイクロ波を整合器（図示せず）、導
波管（図示せず）を通じ、マイクロ波透過性導入窓１０
２を介してプラズマ発生領域１１３内に導入する。

かくして、プラズマ発生領域１１３内の４人原料ガスは
マイクロ波のエネルギーにより励起され解ｉ１１［Ｌ、
中性ラジカル粒子、イオン粒子、電子等が生成され、そ
れ等が相互に反応して導電性円筒基体１０７のプラズマ
発生頭載１１３側表面に堆積膜が形成される。

この時、原料ガスの種類、流量、真空反応炉１０１内の
圧力、導入するマイクロ波のエネルギー等は必要とする
感光体の構成により任意に変える事が出来る。

本実施例では補助基体の表面粗さＲＩＩｌａｘを６０Ｏ
８とし、第１表に示す様な条件でマイクロ波導入窓１０
２の平面と円筒基体１０７の端面との距ｆｉｄを第２表
に示す様に変化させて阻止型構造の感光ドラムを作成し
た。

このような条件下で作成した感光ドラムをキャノン社製
複写機ＮＰ−７５５０に設置し、帯電、露光を行いなが
ら、感光ドラムの端部の表面電位を測定し、さらに画像
を出力した。

第２表にマイクロ波導入窓の平面と円筒基体の端面との
距離ｄ−’０■■の場合の感光体ドラム端部の帯電能及
び感度を１００として各距離（ｄ）における感光体ドラ
ム端部の帯電能及び感度を示し、同時に感光体ドラム端
部の画像特性及び総合的実用評価を示した。また、第３
図は横軸にマイクロ波導入窓の平面と円筒基体端面との
距離ｄ、縦軸に一定の強度の光を与えた時の残留電位の
値を示す、この時、縦軸の１００％は露光前のその感光
体の暗部表面電位を示す。

第２表と第７図の結果より明らかな様に、マイクロ波導
入窓の平面と基体（ドラム）の端面との距離ｄ≧８龍と
することで帯’Ｒ能、感度、画像特性、総合的実用評価
残留電位のいずれにおいても著しい優位性が認められ驚
くべき効果である事が明瞭である。

大施叫又 マイクロ波導入窓平面と基体端面との距ｆｉｄを８１と
し、補助基体の表面粗さを第３表の数種の条件と変える
以外は実施例１と同様の操作にて数種のドラムを作成し
、同様の評価を行った。

第３表と第８図の結果より明らかな様に、補助基体の表
面粗さ（Ｒｍａｘ　）を６００Ｓ以下とすることで、帯
電能、感度、画像特性、残留電位、総合的実用評価のい
ずれにおいても著しい優位性が認められ驚くべき効果で
ある事が明瞭である。

第　　　１　　　表 第　　２　　表 第　　３　　表 〔発明の効果の概要〕 本発明によるマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆積膜
形成装置においては、マイクロ波導入窓の平面と基体の
端面との距ｉ１ｄ≧８−一とし、更に補助基体の表面粗
さＲｍａｘをＲｗａｘ≦６０Ｏ３とすることにより放電
が非常に安定し、膜厚及び膜質が均一でかつ、感光体と
して極めて優れた特性を有する堆積膜を高速で且つ定常
的に量産する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明のマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置の典型例を模式的に
示す側面断面図、平面断面図及び誘電体窓の平面と円筒
状基体の端面との距離説明図である。 第１乃至３図において、１０１・・・真空反応炉、！０
２・・・誘電体窓、１０３・・・導波部、１０５・・・
排気管、１０６・・・原料ガス供給管、１０７・・・円
筒状基体、１０８・・・加熱ヒーター、１１３・・・プ
ラズマ発生領域、１１４・・・補助基体。 第４図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ法による堆
積膜形成装置の代表的−例を示す透視略図、第５．６図
は、量産化に適したマイクロウェーブプラズマＣＶＤ法
による堆積膜形成装置の一例を示す透視図及び側面断面
図である。 第４乃至６図において、２０１・・・真空容器、２０２
・・・誘電体窓、２０３・・・導波部、２０４・・・マ
イクロ波、２０５・・・排気管、２０６・・・原料ガス
供給管、２０７・・・円筒状基体、２０８・・・加熱ヒ
ーター、２０９・・・マイクロ波電源、２１０・・・排
気バルブ、２１１・・・排気装置、２１２・・・バルブ
、２１３・・・プラズマ発生領域。 第７図は、第１．２図に示す本発明の装置を用いた場合
のマイクロ波導入窓の平面と基体端面との距離と残留電
位との関係を表す図である。 第８図は、第１．２図に示す本発明の装置を用いた場合
の補助基体の表面粗さと残留電位との関係を表す図であ
る。 第１図 第２［ｆｆ１ １０２　　　　　　　　　１０８’ 第３図 第　４ｖＩＪ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密封された真空容器と、前記真空容器内に原料ガスを導
   入する手段と、前記真空容器を排気する手段と、前記真
   空容器内に機能性堆積膜形成用の円筒基体及び補助基体
   を保持する手段と、前記真空容器の上下壁の平行平面内
   にマイクロ波を導入するための誘電体窓を設けたマイク
   ロ波プラズマＣＶＤ装置において、前記円筒基体及び補
   助基体が放電空間を取り囲むように配置されており、か
   つ前記マイクロ波導入誘電体窓の平面と前記円筒状基体
   の端面との距離ｄがｄ≧８ｍｍとなるように配置され、
   さらに前記放電空間内における補助基体の表面粗さＲｍ
   ａｘがＲｍａｘ≦６００Ｓであることを特徴とするマイ
   クロ波プラズマＣＶＤ装置。